DE9321306U1 - Sichellose Innenzahnradpumpe mit radial beweglichen Dichtelementen zur Radialkompensation - Google Patents
Sichellose Innenzahnradpumpe mit radial beweglichen Dichtelementen zur RadialkompensationInfo
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Description
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Anwaltsakte G 4931
J.M. VOITH GmbH
Kennwort: "Kompakt- IP-IV"
J.M. VOITH GmbH
Kennwort: "Kompakt- IP-IV"
SichelLose Innenzahnradpumpe mit radial
beweglichen Dichtelementen zur Radialkompensation
BES CH REIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine sichellose
Innenzahnradpumpe zur Erzeugung von Hochdruck nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine Pumpe
dieser gattungsgemäßen Bauart ist als besonderes Ausführungsbeispiel
aus der DE 41 04 397 A 1 bekannt.
Innenzahnradpumpen weisen im allgemeinen ein innenverzahntes
Hohlrad auf, mit dem ein außenverzahntes Ritzel mit geringerer Zähnezahl kämmt, d.h. treibend im Eingriff
steht. In der Regel ist die Verzahnung derartiger Pumpen - bezogen auf den Durchmesser der Ritzel bzw. des Hohlrades
- relativ schmal, so daß - nachdem der zu fördernde Volumenstrom durch die Höhe der Zähne und die Breite der
Verzahnung bestimmt ist, dieser Volumenstrom bei den
gängigen Pumpen aus konstruktiven Gründen begrenzt ist.
Sichellose Innenzahnradpumpen haben insbesondere den Vorteil eines minimalen Bauvolumens.
Zur Verbesserung der Dichtheit in Umfangsrichtung betrachtet,
d.h. zwischen den Zahnköpfen von Ritzel und Hohlrad ist in der DE 41 04 397 A 1 bereits vorgeschlagen
worden, in jedem der Zahnköpfe eines der beiden
Zahnräder ein radial bewegliches Dichtelement einzusetzen.
Diese Dichtelemente stehen rückseitig mit dem
Druckbereich in Verbindung, so daß sie sich beim Kämmen
der Zahnräder dichtend gegen den Zahnkopf des jeweils anderen Zahnrads anlegen.
Bei der aus der DE 41 04 397 A1 bekannten sichellosen
Innenzahnradpumpe kann jedoch aufgrund von Fertigungstoleranzen und/oder als Folge der aktuellen Arbeitsbedingungen,
das heißt bei ungünstigen Verhältnissen
zwischen den rotierenden Verzahnungsteilen des Hohlrads
und des Ritzels einerseits und dem feststehenden Gehäuseteil
andererseits ein Spalt entstehen. Dieser Spalt hat zur Folge, daß die Dichtheit der Innenzahnradpumpe nur
mangelhaft ist, was Letztlich einen Verlust an Pumpmedium umd damit einen Abfall des vo lumetrischen
Wirkungsgrades bedeutet. Die für eine Abhilfe erforderlichen
günstigeren Spa 11verhäItnisse ließen sich nur
mit einem extrem hohen Fertigungsaufwand realisieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Prob I ernste L lung
zugrunde, eine sichellose Innenzahnradpumpe der gattungsgemäßen
Art anzugeben, mit der die Dichtwirkung beim Druckaufbau zwischen den sich gegenüberliegenden Verzahnungsteilen
einerseits und dem Gehäuseteil andererseits verbessert wird, ohne daß der Fertigungsaufwand
überproportional ansteigt und mit der Folge, daß die
vorgenannten Unzulänglichkeiten eliminiert sind.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des
Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Mit anderen - als im Patentanspruch 1 gebrauchten - Worten
ausgedrückt, liegt der Kern der vorliegenden Erfindung
letztlich darin, den Spalt zwischen den rotierenden Verzahnungsteilen Hohlrad und Ritzel einerseits und dem
feststehenden Gehäuseteil andererseits quasi automatisch,
um nicht zu sagen nach Art eines Regelkreises, einzustellen
und zu minimieren. Mit zunehmendem Arbeitsdruck wird der
genannte Spalt verengt und damit die Dichtheit der Innenzahnradpumpe
verbessert.
Damit wird Letztlich der volumetrische Wirkungsgrad
verbessert, was schließlich zur Folge hat, daß die
Innenzahnradpumpe für höhere Drücke geeignet ist.
Besondere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen
sichellosen Innenzahnradpumpe sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung
näher erläutert. Diese zeigt in
Fig. 1 einen Querschnitt und einen Teil-Längsschnitt
durch eine sichellose Innenzahnradpumpe im Bereich der
be i den Zahnräder;
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer
Axialdichtung in Detaildarstellung
(Einzelheit "Z" in Fig. 1) mit Darstellung der Druckfelder;
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer
Axialdichtung mit Darstellung der
Druckfe Ider;
Fig. 4 eine separate Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Dichtungsausführung;
Fig. 5 eine separate Darstellung eines zweiten
Ausführungsbeispiels einer Dichtungsausfüh
rung;
Fig. 6 eine separate Darstellung eines dritten
Ausführungsbeispiels einer Dichtungsaus
füh rung .
Die Fig. 1 zeigt in einem Querschnitt eine sichellose,
kopfdichtende und spielbehaftete jeweils mit einer Flanke
dichtende Innenzahnradpumpe und zwar im Bereich eines
Gehäusemittelteils 1 , dem sich - in Axialrichtung betrachtet
- ein Gehäuseteil 1 anschließt. Die gesamte Pumpe mit den beiden Gehäuseteilen habe eine axiale Gesamtlänge
L. Ein auf einer Antriebswelle 4 befestigtes
außenverzahntes Ritzel 5 steht im Eingriff mit einem
innenverzahnten Hohlrad 6. Die Verzahnung 12 des
Ritzels 5 und des Hohlrads 6 habe eine axiale Breite B, das Ritzel einen Wälzkreisdurchmesser dO; die Breite der
Verzahnung sei größer als der Wälzkreisdurchmesser dO.
Das Ritzel 5 und das Hohlrad 6 sind nicht koaxial,
sondern exzentrisch zueinander gelagert; ferner weist das Ritzel 5 einen Zahn weniger auf als das Hohlrad 6, so
daß jeweils die Außenseite eines Zahnkopfes am Ritzel 5
mit der Innenseite eines Zahnkopfes am Hohlrad 6 in Berührung kommt. Zu erkennen ist ferner ein Sauganschluß
in der Zone, bei der unter Drehung in Pfeilrichtung Y die
Zähne am Ritzel 5 bzw. Hohlrad 6 außer Eingriff geraten.
Dem Sauganschluß 7 im Gehäusemittelteil 1 , in dem das Hohlrad 6 und das Ritzel 5 gelagert ist,
schließt sich in axialer Richtung jeweils zu den benachbarten
Gehäuseteilen eine Saugtasche 8 an, die sich über einen Teil der Mantelfläche 9 des Hohlrad 6 erstreckt.
Ein Druckanschluß 10 befindet sich, ebenfalls
ausgehend von einer sich über einen Umfangsberei ch am
Hohlrad erstreckenden Drucktasche 11, auf der gegenüberliegenden
Seite der Pumpe. Die Zuströmung von Druckmedium zum Innenraum der Pumpe, also zu den Zahnlücken
im Ritzel 5 und im Hohlrad 6 , welche die Förderung
des Druckmediums bewirken, erfolgt über radiale Durchbrüche 17 im Hohlrad 6. Diese Durchbrüche 17 gehen
von der Mantelfläche 9 aus und münden im Zahngrund des Höh I rades 6.
Die soweit beschriebene sichellose Innenzahn radpumpe ist Stand der Techni k.
• · · I
Gemäß der Darstellung nach Fig. 1 ist nun im druckseitigen
Bereich des äußeren Gehäuseteils 2 und zwar
in dem den rotierenden Verzahnungsteilen des Hohlrades
6 und des Ritzels 5 gegenüberliegenden Bereich
eine axial, genaugenommen achsparallel zur Achse der
Antriebswelle 4 verstellbare bzw. bewegliche Axialscheibe
20 angeordnet, und zwar gemäß der zeichnerischen
Darstellung auf beiden Seiten des Ritzels 5 bzw. des
Hohlrads 6. Es ist jedoch durchaus denkbar, die im folgenden zu erläuternde Axialkompensation nur auf einer
Seite, d.h. einfach vorzusehen.
Die konstruktive Ausgestaltung und Funktion der Axialscheibe
20 ist wie folgt: Die Grundform der Axialscheibe
20 ist eine Kreisscheibe mit einer außermittigen
Bohrung die im montierten Zustand der Pumpe von der Antriebswelle 4 durchdrungen ist. Die sich so
ergebende Exzenterscheibe liegt mit ihrem breiteren
Scheibensegment in einer entsprechenden Ausnehmung 2' des
Gehäuseteils 2, und zwar im druckseitigen Bereich. Zum
Grund dieser Ausnehmung 2* hin liegt der Axialscheibe
ein Axialkolben 21 gegenüber, der in einen komplementären
Ringraum 22 der Axialscheibe 20 eintaucht und diesem gegenüber über ein Paar von 0-Ringen 23
abgedichtet ist. Zwischen dem Boden des Ringraums 22
der Axialscheibe 20 und dem eintauchenden Axialkolben
21 entsteht so ein Freiraum (Druckraum) 24, der - wenn er mit einem Druckmedium beaufschlagt wird - die Axialscheibe
20 und den Axialkolben 21 diametral auseinanderdrückt.
Der Axialkolben 21 wird so gegen die Wandung der Ausnehmung 2 gepreßt und die Axialscheibe
20 wird gegen die Verzahnungsteile des Ritzels 5 und
des Hohlrads 6 gepreßt; damit wird ein etwaiger Spalt
geschlossen.
Grundsätzlich ist es denkbar, den Druck im Freiraum
zwischen der Axialscheibe 20 und dem Axialkolben 21
mit einem externen Druckgenerator zu koppeln, der in
Abhängigkeit vom Arbeitsdruck der Innenzahnradpumpe einen Anstelldruck für die Axialscheibe 20 erzeugt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine einfache
konstruktive Lösung der Art gewählt, daß in die Axialscheibe
20 eine VSrbindungsbohrung 25 gebohrt ist,
die die Druckseite 10 der Innenzahnradpumpe mit dem genannten Freiraum 24 verbindet. So wird automatisch
und in direkter Abhängigkeit vom Arbeitsdruck der Freiraum 24 mit Druckmedium beaufschlagt und die Axialscheibe
20 gegen die Verzahnungsteile der Innenzahnradpumpe
gepreßt. Diese Art der Axia I kompensation kann
so gewissermaßen als AUTOMATIK-Dichtung betrachtet und
bezeichnet werden.
Der Wahl des Werkstoffs für die Axialscheibe 20 ist besonderes
Augenmerk zuzuordnen. Erfahrungsgemäß haben sich diesbezüglich Aluminium, Buntmetall, plattierter
Stahl oder faserverstärkter, insbesondere kohlefaserverstärkter
Kunststoff als besonders geeignete Werkstoffe erwiesen.
Die Funktions- und Wirkungsweise der anhand von Fig.
erläuterten Axialkompensation wird anhand von Fig. 2,
die die Einzelheit "Z" nach Fig. 1 vergrößert zeigt,
nochmals näher erläutert.
In der Ausnehmung 2f des Gehäuseteils 2 ist die aus
der Axialscheibe 20 und dem Axialkolben 21 bestehende Axialkompensation dargestellt, und zwar einschließlich
der an ihnen wirksamen Druckfelder.Die Axialscheibe
ist (vgl. Pfeil X) axial beweglich in der Ausnehmung
geführt und sie stützt sich über die 0-Ringe 23 und den Axialkolben 21 an der Gehäusewandung ab. Dringt über
die Verbindungsbohrung 25 von der Innenzahn radpumpe
her Druckmedium in den Frei- bzw. Druckraum 24 zwischen
der AxiaLscheibe 20 und dem AxialkoLben 21 ein, so wird die AxiaLscheibe 20 vom Axialkolben 21 weggedrückt
und schließt den Spalt. Dem Axialkolben 21 steht ein seiner Ausdehnung entsprechendes äußeres Druckfeld "A"
gegenüber; der Axialscheibe 20 liegt ein inneres Druckfeld gegenüber, das aus einem von den beiden Randbereichen
ausgehenden, linear anwachsenden Randdruckfeld "B" und einem zentralen Hauptdruckfeld "C" zusammengesetzt
ist. Das äußere Druckfeld ist größer als das innere, so daß die Axialscheibe 20 an die Verzahnungsteile
gedruckt wird.
In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer
Axia Lkompensation mit den zugehörigen Druckfeldern dargestellt.
Anders als beim Ausführungsbeispiel nach Fig.2
ist hierbei das äußere Druckfeld "A" im Gehäuse 2 eingearbeitet,
und zwar derart, daß an der Innenseite der
Axialscheibe 20 eine Dichtscheibe 26 anliegt, daß die Verbindungsbohrung 25 durch die Axialscheibe 20 und
die Dichtscheibe 26 geht und dag der Freiraum bzw. Druckraum 24 zwischen der Dichtscheibe 26 und der
Ausnehmung 2' des Gehäuses 2 entsteht. Der Druckraum 24 ist seitlich wiederum über 0-Ring 23 abgedichtet
und die aus der Axialscheibe 20 und der Dichtscheibe
26 bestehende Einheit wird gemeinsam (vgl. Pfeil X)
achsparallel zur Antriebswelle 4 vom Gehäuse 2 weggedrüc
kt.
Dem äußeren Druckfeld "A" liegt - analog zu Fig. 2 wiederum das sich aus den Randdruckfeldern "B" und dem
Hauptdruckfeld "C" zusammensetzende innere Druckfeld gegenübe r.
Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen jeweils alternative Ausführungsbeispiele
für die Gestaltung der Randdichtungen des Freiraums- bzw. Druckraums 24 zwischen
der Axialscheibe 20 und dem Gehäuse 2.
Das in Fig. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht
der anhand von Fig. 1 und Fig. 2 erläuterten Konstruktion.
Die Axialscheibe 20 liegt gemeinsam mit dem Axialkolben
21 dem Gehäuse 2 gegenüber; beide bilden einen Druckraum 24, der von der Druckseite der Innenzahnradpumpe
mit Druckmedium beaufschlagt wird. Der Druckraum 24
ist seitlich über O-Ringe 23 abgedichtet, so daß mit
einem Druckanstieg im Druckraum 24 die Axialscheibe 20
(in Richtung X) vom Gehäuse. Z weg gedruckt wird und
der Spalt zwischen den Verzahnungsteilen und dem Gehäusse
2 geschlossen wird..
Bei de,&ugr; in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel liegt die
Axialscheibe 20 über ein Paar von sogenannten BACK-Ringen
27 dem Gehäuse 2 gegenüber. Die BACK-Ringe 27 sind in Rechteck-Nuten 28 der Axialscheibe 20 geführt, wobei in
diesen Nuten 28 zur Abdichtung des Druckraums 24 zusätzlich ein O-Ring 23' eingesetzt ist. Die BACK-Ringe 27
liegen dabei entlang der Hantellinie des Axialdruckfeldes
13 (vergleiche Fig. 1) und haben die Aufgabe, zu verhindern,
daß der O-Ring 23' unter Druck in den Spalt kriecht Wird der Druckraum 24 über die Verbindungsbohrung 25 mit
Druckmedium beaufschlagt, so stützen sich die BACK-Ringe
27 am Gehäuse 2 ab und die Axialscheibe 20 wird (in
Richtung X) vom Gehäuse 2 weg gedruckt.
Fig. 6 zeigt ein drittes AusführungsbeispieL für die Gestaltung
der Dichtung des Druckr3ums 24. Hierbei weist die Axialscheibe 2Q eine umlaufende, das AxiaLdruckfeld
13 bestimmende Rundnut 29 auf (siehe Fig. 1) in die je eine Formdichtung 30 eingesetzt ist. Diese Formdichtungen
30 Liegen an ihren zweiten Seiten an der Wandung der Ausnehmung
2' des Gehäuses 2 an und sie weisen -axial betraJchtet
- einen differenzierten Härte-beziehungsweise
later i a lauf bau auf. 'jlird der von den Formdichtungen 30
begrenzte Druckraum 24 mit Druckmedium beaufschlagt, so
wird die Axialscheibe 20 (in Richtung X) vom Gehäuse 2
weg gedruckt und gleichzeitig dichten die Formdichtungen 30 den Druckraum 24 dem Gehäuse 2 gegenüber über den
spezifischen Plateri a lauf bau ab, ohne daß die Dichtung in
den Spalt eindringt.
Claims (7)
1. Sichellose Innenzahnradpumpe mit einem innenverzahnten Hohlrad (6) und einem
mit dem Hohlrad (6) kämmenden Ritzel (5), die beide in einem gemeinsamen Gehäuseteil (1,2)
drehbar gelagert sind,
dessen axiale Erstreckung der Breite der Verzahnung (12) des Hohlrades (6) und des Ritzels
(5) entspricht und welches einen Sauganschluß (7,) und einen Druckanschluß (10) aufweist,
wobei das Hohlrad (6) radiale Durchbrüche (17)
für das zu pumpende Medium aufweist, und wobei in den Zahnköpfen (14) des Hohlrads (6)
bzw. in den Zahnköpfen (13) des Ritzels (5) je ein radial bewegliches Dichtelement zur
Radialabdichtung (30) eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß in dem den rotierenden Verzahnungsteilen
des Hohlrads (6) und des Ritzels (5) gegenüberliegenden
druckseitigen Bereich des Gehäuses (2) eine axialbewegliche Axialscheibe (20)
vorgesehen ist, die mittels eines vom Arbeitsdruck abgeleiteten Axialdrucks gegen die rotierenden
Verzahnungsteile gedrückt wird und zum Zwecke
der Axia I abdichtung den Spalt zwischen diesem
und dem feststehenden Gehäuse (2)kompensiert.
2. Sichellose Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zu beiden Seiten des Hohlrads (6) und des Ritzels (5) je eine axial bewegliche Axialscjeobe
(20) vorgesehen ist (Fig. 1)
3. SicheLLose Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1
oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Axialscheibe (20) gehäusesei tig ein
AxialkoLben (21) gegenüberliegt, daß die Axialscheibe (20) und der Axialkolben
(21) einen mittels einer Dichtung (23) abgedichteten Druckraum (24) bilden, und daß der Druckraum (24) über eine in die Axialscheibe
(20) eingearbeitete Verbindungsbohrung
(25) mit diesem Arbeitsdruck raum verbunden ist,
(Fig. 1,2).
4. Sichellose Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1
oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Axialscheibe (20) gehäuseseitig eine
Dichtscheibe (26) gegenüberliegt,
daß die Dichtscheibe (26) dem Gehäuse (2) gegenüber
einen mittels einer Dichtung (23) abgedichteten Druckraum (24) bildet, und daß der Druckraum (24) über eine in die Axialscheibe
(20) und die Dichtscheibe (26) eingearbeitete Verbindungsbohrung (25) mit dem Arbeits·
druckraum verbunden ist (Fig. 3).
5. Sichellose Innenzahnradpumpe nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtung eine O-Ring-Dichtung (23) ist.
6. Sichellose Innenzahnradpumpe nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Axialscheibe (20) dem benachbarten
Bereich des Gehäuses (2) gegenüber über einen
durch einen O-Ring (231) und einen BACK-Ring (27)
gebildeten zum Arbeitsdruck raum hin offenen
Druckraum (24) gegenüberliegt. (Fig. 5)
7. Sichellose Innenzahnradpumpe nach Anspruch 3 oder k-,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Axialscheibe (20) dem benachbarten
Bereich des Gehäuses (2) gegenüber über einen durch eine Formdichtung (30)mit differenziertem
Härteaufbau gebildetent zum Arbeitsdruckraum
hin offenen Druckraum (24) gegenüber I iegt&iacgr;Fig. 6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE9321306U DE9321306U1 (de) | 1992-03-19 | 1993-03-13 | Sichellose Innenzahnradpumpe mit radial beweglichen Dichtelementen zur Radialkompensation |
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DE9321306U1 true DE9321306U1 (de) | 1997-02-13 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE9321306U Expired - Lifetime DE9321306U1 (de) | 1992-03-19 | 1993-03-13 | Sichellose Innenzahnradpumpe mit radial beweglichen Dichtelementen zur Radialkompensation |
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DE (1) | DE9321306U1 (de) |
-
1993
- 1993-03-13 DE DE9321306U patent/DE9321306U1/de not_active Expired - Lifetime
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